用于纸张干强度应用的含有纤维素酶和造纸聚合物的纤维素酶组合物制造技术

技术编号:11597252 阅读:114 留言:0更新日期:2015-06-12 09:08
本发明专利技术公开了一种用作造纸性能添加剂的纤维素酶组合物,用于改善纸产品的纸张干强度和降低在造纸过程中的磨浆能耗,并提高纸张产量。使用纤维素酶、造纸污染物控制聚合物、蛋白稳定剂和纤维素酶增强剂来配制所述纤维素酶组合物。与传统的纤维素酶相比较,这些纤维素酶组合物具有更好的内切纤维素酶活性和更好的稳定性,并且相对于单独的纤维素酶,这些纤维素酶组合物在改善纸张干强度性能方面显示出不同的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求于2012年10月9日提交的美国临时申请号为61/711,269的权益,其全部内容在此通过援引并入本文。本专利技术涉及包括单组份内切纤维素酶、阳离子型固定剂和/或非离子型防粘聚合物、纤维素酶蛋白稳定剂以及纤维素酶增强剂的纤维素酶组合物。本专利技术还涉及所述纤维素酶组合物的用途,通过在造纸过程中在机械磨浆之前使用约5ECU-约2500ECU/千克(kg)干纤维的内切纤维素酶活性的所述纤维素酶组合物处理纸浆配料(furnish)中的纤维素纤维来改善纸产品的干强度。
技术介绍
纤维素酶在造纸中可用于修饰纤维素纤维的纤维素表面,这提高木质纤维的机械磨浆的效率、节省能耗。纤维素酶处理与随后对纤维素纤维的机械磨浆的组合行为有助于原纤化纤维,但同时许多商用纤维素酶还含有特定的能够在纤维表面上水解原纤化面积从而使纤维素纤维解原纤的纤维素酶活性。纤维素酶的该行为不利于纸张干强度性能,因为需要原纤化面积以在干燥时在纸产品中发生更好的纤维与纤维相互作用并提供更好的干强度。此外,上述的这些特定的纤维素酶活性可能水解小的纤维素纤维碎片或小颗粒。而纤维素酶的该性质可有助于降低纸浆粘度并改善纸浆滤水;它还可能导致在纸张生产中随着化学需氧量(COD)的增长而损失纤维。如何将纤维素酶产品施用于造纸过程中用于改善纸产品的干强度性能,这在机械上是不清楚的。纤维素酶通常是指来自微生物真菌或细菌的酶组合物,其可催化纤维<br>素分子或其衍生物的β-1,4-糖苷键的水解反应。如表I所示,内切纤维素酶、外切纤维素酶和纤维二糖酶纤维素酶是具有不同活性的三种类型的特定纤维素酶,它们彼此具有不同的特定纤维素分子。这三种类型的纤维素酶具有不同的物理、化学和酶性质。其中,内切纤维素酶或β-葡聚糖酶在晶态纤维素内随机水解内部无定形物,产生高低聚糖或短纤维素多糖。外切纤维素酶或外切纤维二糖水解酶(CBH1或CBH2)从纤维素聚合物的还原端或非还原端释放2-4个聚合度(DP)的低聚糖。纤维二糖酶或β-葡糖糖苷酶对纤维素聚合物或低聚糖没有活性但是却催化纤维二糖酶水解为葡萄糖。纤维素酶被用于很多行业并且由各种物种例如木酶属(Trichoderma)、腐质霉属(Humicola)、嗜热真菌属(Thermomyces)、芽孢杆菌属(Bacillus)等通过遗传酶工程制得。为了测定在纤维素酶产品中的内切纤维素酶的活性,通常将水溶性纤维素衍生物例如羧甲基纤维素(CMC)或羟乙基纤维素(HEC)用作底物并通过二硝基水杨酸(DNS)法测量由酶释放的还原糖。通过使用水不溶性纤维素例如纤维素滤纸或木质纤维作为底物可区分外切纤维素酶活性和内切纤维素酶活性,然后通过上述的DNS法测定由不溶性纤维释放的还原糖。通常使用纤维二糖作为底物测定在纤维素酶产品中的纤维二糖酶活性,并使用葡萄糖氧化酶(GO)法检测所释放的葡萄糖的量。表I.纤维素酶的分类来自微生物的纤维素酶可包括全部三种类型的纤维素酶。虽然这种产品可协同工作来攻击晶态纤维素并将其转化为小分子糖,并最终称为葡萄糖,但其不优选用于造纸应用以改善纸张的干强度。纤维素酶产品中的内切纤维素酶活性在晶态纤维素内攻击无定形物并破坏晶体结构。这提高了原纤化纤维素纤维的机械磨浆效率并有助于改善纸张的干强度。然而,在纤维素酶产品中存在的外切纤维素酶活性可使纤维素纤维解原纤并产生纤维素纤维。理论上外切纤维素酶活性可有助于通过解原纤而改善纸浆滤水,但是其还可能对纸张的干强度性能有负面影响。并不是所有的纤维素酶对纸张强度应用是有效的并且有时候实际上可能对干强度性能造成伤害。来自微生物的纤维素酶可具有带有超过一种内切纤维素酶和外切纤维二糖水解酶的多种组分。例如,来自长梗木霉(Trichoderma longibrachiatum)的纤维素酶可具有两种CBH组分,CBH I和CBH II,以及三种内切纤维素酶组分,EG I、EG II和EG III。单组份的纤维素酶可通过克隆特定的纤维素酶DNA序列、编码单个纤维素酶并在宿主生物体中表达制得。换言之,单组分的内切纤维素酶是基本上不含有其它通常存在于由常规微生物制得的纤维素酶产品中的纤维素酶例如外切纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的单个内切型纤维素酶组分。单个内切型纤维素酶可用于本专利技术来改善在造纸中的纸产品的干强度。美国专利号5169497、5423946、6770170、6939437以及美国专利申请号20110168344公开了当与阳离子型聚合物组合时纤维素酶产品可用于改善木质纸浆的滤水。然而,这些参考文献未说明这些组合如何影响纸张的干强度,哪种特定的纤维素酶可用于所述应用或纤维素酶剂量如何影响纸张干强度的性能。美国专利号5507914(‘914专利)描述了一种使用纤维素酶与阳离子型聚合物的组合来提高纸浆游离度以及纸张强度的方法。该‘914专利教导使用基于干纸浆0.05-0.25%纤维素酶的剂量水平。基于本专利技术这等于约2500ECU/kg至约12500ECU/kg干纤维。我们的研究显示这些更高添加水平对干强度性能有负面影响。美国专利号6635146(‘146专利)公开了使用5,000ECU/千克纤维至200,000ECU/千克纤维的一种或多种截断水解酶处理造纸木质纤维的方法。美国专利号20020084046(‘046专利)描述了一种造纸方法,通过将酶材料加入储存阶段,然后是打浆阶段或磨浆阶段,得到具有改善的柔软度、体积和吸收性的纸产品,同时保持强度。通常文献教导人们在酶检测中当与阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂组合使用时可改善纤维素酶活性。可能的机理是所述表面活性剂降低了纤维素酶对非纤维素组分例如木质素的吸附,使纤维素底物不含纤维素酶,并有助于纤维素酶蛋白的热稳定性。Tween 20和Tween 80是该表面活性剂的两个实例。在纤维素酶检测中聚乙二醇及其表面活性剂衍生物还可有助于改善纤维素酶活性。然而,在造纸应用中公众对于纤维素酶和表面活性剂组合使用以及这些组合如何影响三种不同类型的纤维素酶的特定活性的信息知之甚少。美国专利申请号20040038841公开了一种由非离子型表面活性剂与来自接合菌(Zygomycetes)的内切葡聚糖酶一起制得的纤维素酶配制物,其可用于织物的处理。日本专利号5507615公开了一种在纤维素酶配制物中提高纤维素酶活性的聚乙烯醇和聚乙烯基吡咯烷酮。以上所本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于处理制造纸张或纸板所使用的纤维素纤维的组合物,其包括:a)纤维素酶;b)一种或多种污染物控制聚合物,其中所述一种或多种污染物控制聚合物选自一种或多种防粘剂聚合物、一种或多种阳离子型固定剂聚合物、以及它们的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.09 US 61/711,2691.用于处理制造纸张或纸板所使用的纤维素纤维的组合物,其包括:
a)纤维素酶;
b)一种或多种污染物控制聚合物,
其中所述一种或多种污染物控制聚合物选自一种或多种防粘剂聚合
物、一种或多种阳离子型固定剂聚合物、以及它们的混合物。
2.权利要求1所述的组合物,其还包括一种或多种纤维素酶蛋白稳定
剂和一种或多种纤维素酶增强剂。
3.权利要求1所述的组合物,其中所述纤维素酶为内切纤维素酶。
4.权利要求1-3之一所述的组合物,其中所述纤维素酶为单组份内切
纤维素酶。
5.权利要求1-4之一所述的组合物,其中所述单组份内切纤维素酶为
来自微生物源的纤维素酶。
6.权利要求1或2所述的组合物,其中所述纤维素酶为多组分纤维素
酶。
7.权利要求1或2所述的组合物,其中所述污染物控制聚合物为选自
以下的防粘剂:聚(乙烯醇-共聚-乙酸乙烯酯),疏水封端的聚乙二醇,疏水
改性的羟乙基纤维素,疏水/亲水嵌段共聚物,表面活性蛋白例如乳清蛋白、
卵蛋白和大豆蛋白,以及它们的混合物。
8.权利要求1或2所述的组合物,其中所述污染物控制聚合物为选自
以下的阳离子型固定剂聚合物:聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、二甲胺-表氯
醇-乙二胺缩聚物、阳离子型聚丙烯酰胺、乙醛酸化的聚丙烯酰胺、聚(乙烯

\t亚胺)、表氯醇反应的聚(酰氨基胺)、聚(乙烯胺)、疏水改性的阳离子型聚合
物、C8-C10烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)、为净阳离子型的两性聚
合物、以及它们的混合物。
9.权利要求8所述的组合物,其中所述疏水改性的阳离子型聚合物选
自以下组:烷基化聚乙烯亚胺(PEI)、烷基化聚(赖氨酸)、乙烯胺的烷基化
均聚物和共聚物、烷基化聚(氨基酰胺)、烷基化聚丙烯酰胺、含氨基的乙烯
胺与疏水单体的共聚物、二甲基二烯丙基氯化铵与疏水单体的共聚物、含
氨基的丙烯酸酯与疏水单体的共聚物、以及烷基化的含氨基天然多糖和烷
基化的含氨基改性多糖、烷基化阳离子蛋白以及它们的混合物。
10.权利要求8所述的组合物,其中所述为净阳离子型的两性聚合物
选自以下组:由阴离子单体和阳离子单体形成的两性丙烯酰胺聚合物,由
阴离子单体和阳离子单体形成的两性乙烯基酰胺聚合物,两性二甲基二烯
丙基氯化铵衍生物,聚(丙烯酰胺-共聚-丙烯酸-共聚-二甲基烯丙基氯化铵共
聚物),聚(丙烯酸-共聚-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物),两性淀粉,两性多
糖,两性聚合微粒聚合物,以及它们的混合物。
11.权利要求2所述的组合物,其中所述纤维素酶蛋白稳定剂选自以
下组:丙二醇,丙三醇,乙二醇,山梨糖醇,乳酸,葡萄糖,半乳糖,麦
芽糖糊精,低聚糖,玉米糖浆,无机盐例如氯化钠和氯化钾,pH缓冲体系
例如磷酸钠、磷酸钾、柠檬酸、三(羟甲基)甲胺(Tris)、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙
烷磺酸(HEPES)、哌嗪-N,N-双(乙烷磺酸)和2,2-(N-吗啉基)乙烷磺酸;蛋白
质配体例如葡萄糖或N-乙酰基-D-氨基葡萄糖;以及它们的混合物。
12.权利要求2所述的组合物,其中所述纤维素酶增强剂为选自氯化
钙、氯化锌和氯化镁的金属离子盐。
13.权利要求2所述的组合物,其中所述活性纤维素酶的浓度为全部
组合物的约2重量%至约80重量%;所述污染物控制防粘剂和/或阳离子型

\t固定剂聚合物为全部组合物的约2重量%至约50重量%;所述蛋白稳定剂
的含量为全部组合物的0.1重量%至约50重量%;以及所述纤维素酶增强
剂的含量为全部组合物的0.1重量%至约0.5重量%;并且
其中在所述纤维素酶组合物中的内切纤维素酶或活性纤维素酶的活性
重量百分数是基于假定从商业来源获得的常规纤维素酶是100%活性的;并

其中将在所述纤维素酶组合物中的污染物控制聚合物、蛋白稳定剂和
纤维素酶增强剂的活性百分数定义为在所述纤维素酶组合物中的这些组合
物或化学品的非水部分。
14.权利要求2所述的组合物,其中所述活性纤维素酶的浓度为全部
组合物的约2重量%至约80重量%;所述污染物控制防粘剂和/或阳离子型
固定剂聚合物为全部组合物的...

【专利技术属性】
技术研发人员:QM·古F·J·苏特曼
申请(专利权)人:索里斯技术开曼有限合伙公司
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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